Junction Field Effect Transistor

Le schéma ci-contre montre comment l'on fixe le point de fonctionnement en continu d'un JFET. Le diviseur ${\displaystyle R_{1}-R_{2}}$ fixe le potentiel de la grille ; remarquons qu'ici, contrairement au cas des transistors bipolaires, il n'y a pas lieu de tenir compte du courant grille, car celui-ci est quasi inexistant. On peut donc écrire :

${\displaystyle V_{GM}=U_{CC}{\frac {R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}}$, où ${\displaystyle V_{GM}}$ est la différence de potentiel entre la grille et la masse.

Le potentiel de la source vaut ${\displaystyle I_{d}\cdot R_{4}}$ ; il est supérieur au potentiel de la grille puisque la tension ${\displaystyle V_{GS}}$ doit être négative. Le potentiel du drain vaut ${\displaystyle U_{CC}-I_{d}\cdot R_{3}}$.

Prenons un exemple. Proposons-nous de polariser le JFET au point de fonctionnement indiqué sur la caractéristique, soit ${\displaystyle I_{d}}$ = 2 mA et ${\displaystyle V_{GS}}$ = -2,5 V. Nous choisissons par exemple de fixer ${\displaystyle V_{GM}}$ à 1 V. Si ${\displaystyle U_{CC}}$ = 12 V, on prendra par exemple ${\displaystyle R_{2}}$ = 10 kΩ et ${\displaystyle R_{1}}$ = 110 kΩ. Comme ${\displaystyle V_{GS}}$ doit valoir –2,5 V, ${\displaystyle V_{s}}$ doit valoir 1 + 2,5 soit 3,5 V. Comme le ${\displaystyle I_{d}}$ (égal Is) désiré est de 2 mA, ${\displaystyle R_{4}}$ vaut 3,5/2 × 10⁻³ soit 1,75 kΩ.

Le potentiel du drain est généralement fixé approximativement à mi-chemin entre les potentiels de source et ${\displaystyle U_{CC}}$, de façon à permettre une excursion maximum en tension du drain, de part et d'autre du potentiel de repos, lorsque l'on applique un signal alternatif à amplifier. Pour fixer ${\displaystyle V_{dm}}$ à 8 V, on prendra donc une résistance ${\displaystyle R_{3}}$ de 2 kΩ.

Nous constatons que nous avons un certain nombre de choix à faire, il n'y a pas une seule bonne façon de fixer le point de fonctionnement. En particulier, on peut :

• faire varier ${\displaystyle R_{1}}$ et ${\displaystyle R_{2}}$ en gardant leur rapport constant : ${\displaystyle V_{GM}}$ n'est pas modifié ;
• modifier ${\displaystyle V_{GM}}$, à condition d'adapter la valeur de ${\displaystyle R_{4}}$ ; en particulier, on trouve souvent des schémas où ${\displaystyle R_{2}}$ a été supprimée ; dans ce cas, ${\displaystyle V_{GM}}$= 0 V, ${\displaystyle V_{GS}}$ = ${\displaystyle V_{MS}}$ puisque la grille est au potentiel de la masse.

Appliquons une petite tension sinusoïdale ${\displaystyle v_{e}}$ à la grille, à travers un condensateur pour que la source de signaux alternatifs (générateur de signaux, microphone, antenne, autre étage amplificateur) ne modifie pas la polarisation de l'étage.

On trouve successivement ${\displaystyle i_{d}=S\cdot v_{e}}$ ; ${\displaystyle v_{s}=i_{d}\cdot R_{3}}$ et enfin ${\displaystyle G={\frac {v_{s}}{v_{e}}}=S\cdot R_{3}}$

où ${\displaystyle v_{e}}$ est la tension alternative d'entrée (nous utiliserons des minuscules pour désigner les tensions et courants alternatifs), ${\displaystyle i_{d}}$ le courant alternatif de drain, ${\displaystyle v_{s}}$ la tension de sortie au niveau du drain, ${\displaystyle G}$ le gain en tension de l'étage, et ${\displaystyle S}$ la transconductance. Celle-ci peut être définie comme suit : c'est la variation du courant drain due à une variation de la tension grille-source ; elle s'exprime en A/V. Elle est essentiellement déterminée par le courant continu de drain. En effet, en dérivant l'équation qui donne ${\displaystyle I_{d}}$, on trouve :

${\displaystyle S=S_{o}\left(1-{\frac {V_{GS}}{Vp}}\right)}$ avec ${\displaystyle S_{o}=-2{\frac {Idss}{V_{p}}}}$.

Remarque : n'oublions pas que ${\displaystyle V_{GS}}$ et ${\displaystyle V_{p}}$ sont négatives.

Dans notre exemple, ${\displaystyle S_{o}}$ = 8 mA/V, S = 3 mA/V et G = 6. Ce gain est beaucoup plus petit que celui qu'on peut obtenir avec un amplificateur à transistor bipolaire.

Quant à la résistance d'entrée de l'étage, elle est égale à ${\displaystyle R_{1}}$//${\displaystyle R_{2}}$ puisque la résistance d'entrée du JFET est extrêmement élevée (vu que le courant de grille est quasi nul). Lorsque l'on souhaite une résistance d'entrée élevée, on omet généralement ${\displaystyle R_{1}}$ ; dans ce cas, la résistance d'entrée de l'étage est simplement égale à ${\displaystyle R_{2}}$.

Ce montage a principalement été utilisé dans les amplificateurs hautes fréquence car il permet de réduire l'effet Miller. Le gain est semblable au montage source commune.

Ce montage est principalement utilisé comme adaptateur d'impédance. Il présente une résistance d'entrée élevée (surtout si l'on supprime ${\displaystyle R_{1}}$), mais le gain en tension est inférieur à 1.